Исследователи сделали важный шаг на пути к установлению нового мирового стандарта времени, сравнив оптические часы на расстоянии тысяч километров в шести странах.

Хелен Марголис, руководитель отдела времени и частоты Национальной физической лаборатории Великобритании, отметила: «Точные сигналы времени и частоты, предоставляемые атомными часами, имеют жизненно важное значение для многих повседневных технологий, таких как глобальная система позиционирования, управление электросетями и синхронизация финансовых транзакций».

«Наши результаты могут помочь улучшить работу оптических часов следующего поколения, что сделает возможными космические исследования и научный прогресс, основанный на времени и частоте», — сказал Марголис.

Оптические часы — это тип атомных часов, которые используют лазеры для контролируемого возбуждения атомов, заставляя их переходить между определенными уровнями энергии. Эти переходы происходят на чрезвычайно точных частотах, которые эквивалентны «тиканью» обычных часов.

Поскольку оптические часы существуют в различных формах, каждая из которых использует разные атомы для измерения времени, необходимо сравнивать их на больших расстояниях, чтобы полностью раскрыть их потенциал.

В этом исследовании одновременно использовались 10 различных оптических часов, и было сделано 38 сравнений (частотных соотношений). Четыре из этих сравнений были проведены впервые, а точность измерений остальных также была намного выше, чем в предыдущих экспериментах.

Марко Пиццокаро, старший научный сотрудник Итальянского национального института метрологических исследований, отметил: «Этот вид измерений дает важную информацию, объясняющую, что еще необходимо сделать для того, чтобы оптические часы достигли точности и надежности, необходимых для международного хронометража».

Он также подчеркнул, что этот эксперимент продемонстрировал, «как оптические часы по всей Европе могут быть соединены для измерения частотных соотношений с самой высокой точностью», и создал «распределенную лабораторию».

В течение десятилетий глобальный стандарт хронометража основывался на среднем значении сигналов цезиевых микроволновых атомных часов, распространенных по всему миру. Однако все чаще звучат призывы использовать оптические часы для переопределения «секунды» в рамках Международной системы единиц.

В настоящее время точность оптических часов примерно в 100 раз выше, чем у цезиевых атомных часов. Они обладают чрезвычайно высокой точностью хронометража, с погрешностью не более 1 секунды за миллиарды лет.

Однако, чтобы использовать их для международного хронометража, необходимо сравнить данные нескольких оптических часов, чтобы проверить, работают ли они правильно. Именно на это и был нацелен этот новый эксперимент.

Томас Линдвалл, старший научный сотрудник Финского центра метрологии, отметил: «Одновременное сравнение нескольких оптических часов и использование технологий множественной связи может предоставить более важную информацию, чем попарное сравнение часов, использовавшееся ранее. Благодаря скоординированным измерениям можно проверить согласованность и получить более надежную информацию. Эти результаты помогают определить, какие оптические часы или часы следует использовать в новом определении «секунды»».

Для проведения этого исследования ученым пришлось соединить частотные сигналы из разных оптических систем часов. Они использовали два метода: радиосигналы со спутников и лазеры, передаваемые по оптоволокну.

Работа по анализу данных также создала трудности для ученых. Рейчел Годун, ученый из Национальной физической лаборатории в Великобритании, сказала: «Не все результаты были такими, как мы ожидали, и мы заметили некоторые несоответствия в результатах измерений. Однако одновременное сравнение стольких оптических часов и использование нескольких методов для их соединения облегчило выявление первопричины проблем».

Этот эксперимент также выявил некоторые области, требующие дальнейшего исследования. Например, чтобы подтвердить, что все оптические часы работают так, как и ожидалось, необходимо уменьшить неопределенность измерений до тех пор, пока точность всех часов не достигнет одинакового уровня. Затем измерения необходимо повторить для подтверждения эксплуатационной надежности, тем самым укрепляя доверие к часам и связям. Кроме того, необходимо соблюсти несколько других стандартов, прежде чем переопределять «секунду», один из которых — доказать, что оптические часы могут регулярно и непрерывно вносить вклад в международную шкалу времени.